DE2436685A1

DE2436685A1 - Verfahren zum satzgluehen von kaltgewalztem stahl

Info

Publication number: DE2436685A1
Application number: DE19742436685
Authority: DE
Inventors: Lewis Judson Brown
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-30
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5039617A; FR2239529A1; NL7409916A; BE816851A

Description

Verfahren zum Satzglühen von kaltgewalztem Stahl

Die Kaltverformung von Stahl erfolgt im allgemeinen an Stangen, Draht, Band, Blech und Rohren. Es wird mechanische Kraft zur Einwirkung gebracht, um den Stahl in seiner Querschnittsfläche zu verjüngen. Dies kann durch Kaltwalzen, Kaltziehen oder Kaltstrangpressen oder eine Kombination derartiger Verfahren geschehen. Die Kaltverformung, von Stahl erzeugt Spannungen in der Struktur und verursach* eine Versprödung. Diese Kaltverjüngungsfehler werden durch Glühen beseitigt, wobei der Stahl mitunter einer langandauernden Wärmebehandlung durch Variieren der Temperatur in dem den Stahl umgebenden Ofen unterworfen wird,-wie beim Kastenglühen. Bei praktisch allen Verfahren zum Kastenglühen von dicht gewickelten Spulen oder dichten Stapeln aus geschnittenen Blechen wird die Temperatur des Stahls langsam auf oder unter die untere kritische Temperatur in der Gegend von 650° C erhöht und der Stahl etwa 10 Stunden auf dieser Temperatur gehalten, bis eine Rekristallisation stattfindet. ■■'-.·

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Beim Satzglühen fbei aera oatzweise durchgeführten Glühen) kann es zu Oberflächenfehlern des Stahls kommen, die als Haftfehler (stickers) "bezeichnet werden können. Diese entstehen dadurch, dass benachbarte Spulenwicklungen beim Glühen aneinander anhaften. Beim nachfolgenden Härtungswalzen läuft das Band nicht frei von der sich abwickelnden Spule ab. Dies kann zu Faltungen und Knicken in dem Band und unter Umständen sogar zum Bruch des Bandes führen.

Gemäss der US-PS 3 282 747 wird eine Aluminiumoxidschicht als Trennschicht zur Verhinderung solcher Haftfehler verwendet. Das Aluminiumoxid kann in Form eines Pulvers abgelagert oder aus einer wässrigen Aufschlämmung aufgebracht werden, wobei man im letzteren Falle die Flüssigkeit verdampfen lässt, damit eine Schicht aus feinem Aluminiumoxidpulver hinterbleibt. Dabei, ist die Teilchengrösse wesentlich; es ist Aluminiumoxid mit Teilchengrössen von 37 bis 74 μ erforderlich. Der Ursprung des Aluminiumoxids ist ebenfalls ausschlaggebend, da in der Patentschrift ausgeführt wird, dass das Aluminiumoxid durch Zersetzung eines Aluminiumsalzes bei hoher Temperatur und anschliessendes Calcinieren hergestellt werden muss, damit man ein nicht-reaktionsfähiges a-Aluminiumoxid erhält. Nach dem Glühen muss diese Aluminiumoxidschicht von der Spule oder dem Blech entfernt werden.

Gemäss der US-PS 3 583 887 wird Magnesiumoxid, dem geringe Mengen einer Borverbindung, einer Natriumverbindung und einer Kieselsäureverbindung beigegeben werden, als Spulentrennschicht verwendet. Dabei muss das Magnesiumoxid eine spezifisehe Oberfläche von 20 m /g aufweisen und wird auf den Stahl in Form einer Aufschlämmung aufgetragen und vor dem Glühen an der Luft getrocknet. Es ist erforderlich, die Aufschlämmung auf der Stahloberfläche auszuebnen, um einen Überzug von gleichmässiger Dicke zu erhalten.

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Es wurde nun gefunder., dass gewisse anorganische Titanverbindungen zur Verhinderung von Haftfehlern "beim Satzglühen von kaltverformtem Stahl verwendet werden können. Die zur Verhinderung von Haftfehlern verwendeten Titanverbindungen werden in Form von wässrigen Gemischen, vorzugsweise in Form einer Lösung, oder, falls eine wasserunlösliche Verbindung verwendet wird, in Form einer wässrigen Aufschlämmung zur Anwendung gebracht, worauf man das Wasser verdampfen lässt, so dass ein Film oder eine Schicht der Titanverbindung auf der Stahlspule oder dem Stahlblech hinterbleibt. Diese Schicht der Titanverbindung verhindert die. Ausbildung von Haftfehlern beim Satzglühverfahren. Ein besonderer Vorteil der Anwendung einer "Lösung" von Titanverbindungen ist die Leichtigkeit, mit der man einen dünnen Film von gleichmässiger Dicke auf dem Metall erhält, wohingegen dies beim Aufbringen einer wässrigen Suspension auf Stahlspulen und Stahlbleche Schwierigkeiten bereitet.

Vor dem Aufbringen der Titanverbindung werden die Metallbleche oder Metallspulen mit herkömmlichen Reinigimgslo.sungen, gewöhnlich mit heisser wässriger Alkalilösung, gereinigt. Dann wird der Stahl mit Wasser gespült und nötigenfalls zur Entfernung von Schmutz gewaschen. Die Erfindung eignet sich besonders bei Verwendung eines nicht-silicathaltigen· Reinigungsmittels zum Reinigen des Metalls.

Zum Verhindern der Ausbildung von Haftfehlern geeignete Titanverbindungen sind'Kaliumtitanoxalat, Titanoxalat, Natriumtitanoxalat, Ammoniumtitanoxalat, Titannitrat, Titandioxid und/oder Natriumtrititanat. Titandioxid und Uatrium.trititanat sind in Wasser unlöslich und werden daher auf den Stahl, in Form von wässrigen Aufschlämmüngen aufgetragene Die übrigen. Titanverbindungen sind wasserlöslich und werden daher wegen der Leichtigkeit des Auftragens und der Gleichmassigkeit des aus Lösungen erhältlichen Titanüberzugs bevorzugt. Aufschläm-■ mungen lassen sich schwer auf einer gleichmässigen Konzentra-

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tion halten, und es ist schwierig, sie in einer Schicht von gleichmässiger Dicke auf das zu "behandelnde Metall aufzutragen.

Titansulfat und einige Titanhalogenide sind zwar auch wasserlöslich und verhindern ebenfalls die Ausbildung von Haftfehlern; sie werden jedoch erfindungsgemäss nicht verwendet, weil ihre Anionen korrodierend auf den Stahl wirken.

Die Titanverbindungen werden zur Herstellung der wässrigen Gemische in beliebiger Weise, zu Wasser zugesetzt, z.B. indem man die Titanverbindung in einem Rührbehälter zu V/asser zusetzt. Wenn eine Aufschlämmung hergestellt wird, muss die wässrige Aufschlämmung beim Auftragen auf den Stahl in Bewegung gehalten werden, damit man ein möglichst gleichmässiges Gemisch erhält.

Die wässrigen Gemische der Titanverbindungen werden zur Verhinderung der Ausbildung von Haftfehlern in Konzentrationen von 200 bis 2000 ppm angewandt. Man kann zwar'auch höhere Konzentrationen verwenden, erzielt dadurch aber keine Abnahme in der Menge von Haftfehlern. Die Titanlösungen werden auf die Spulen oder Bleche durch Tauchen, Sprühen, nach dem Walzenauftragverfahren oder durch Rakelbeschichtung oder auf andere geeignete bekannte Weise derart aufgetragen, dass ein Mim des Gemisches auf dem Metall hinterbleibt.

Das wässrige Gemisch der Titanverbindung oder Titanverbindungen muss in der letzten Verfahrensstufe unmittelbar vor dem Satzglühen auf den Stahl aufgetragen werden, da bei der etwaigen Zwischenschaltung weiterer Verfahrensstufen, bei denen wässrige lösungen angewandt werden, der Überzug der Titanverbindung von dem Stahl entfernt werden würde, bevor er verwendet werden kann, um die Ausbildung von Haftfehlern oder Schlüsselmarkierungen zu verhindern. Die Temperatur des Auftragens der Titanverbindung ist nicht wesentlich und kann im

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Bereich von Raumtemperatur bis etwa 93° C liegen. Man kann auch bei höheren Temperaturen arbeiten; dies kann jedoch zu übermässiger Dampfentwicklung in dem Arbeitsbereich führen.

Nach dem Auftragen des wässrigen Gemisches auf das Metall lässt man das Wasser auf beliebige geeignete Weise, z.B. mittels strahlender Wärme, durch unmittelbares Erhitzen mit der Gasflamme oder durch Erhitzen mit Heissluft, verdampfen, so dass ein Überzug oder Mim aus der Titanverbindung auf dem Metall hinterbleibt. Nach dem Trocknen wird das Metall satzweise geglüht, indem es in. einen Ofen bei etwa 650 bis 705 eingesetzt und etwa 10 Stunden in der üblichen.Schutzgasatmosphäre aus beispielsweise 5 i° Wasserstoff und 95 f<> Stickstoff auf dieser Temperatur gehalten wird.

Es ist nicht bekannt, warum die Titanverbindungen die Ausbildung von Haftfehlern verhindern. Möglicherweise zersetzt sich die Titanverbindung während des Glühvorganges und hinterlässt dabei einen festen Überzug auf dem Stahl, der als Trennschicht wirkt und verhindert, dass die dicht gewickelten Spulenwindungen unter der nachteiligen Einwirkung von hoher Temperatur und hohem Druck miteinander verschweissen.

Die erfindungsgemäss zur Verhinderung von Haftfehlern beim Satzglühen verwendeten Titanverbindungen können in dem wässrigen Gemisch mit anderen Zusätzen kombiniert werden, die üblicherweise beim Satzglühverfahren angewandt werden. So kann man z.B. die in der US-PS 3 632 487 zur Vorbereitung von Metalloberflächen für die Verzinnung beschriebenen Verbindungen zusammen mit den zur Verhinderung der Ausbildung von Haftfehlern erfindungsgemäss verwendeten Verbindungen■zur Verhinderung des Anlaufens, der Entnetzung und der Glanzlosigkeit verwenden. Ferner kann man auöh Rostschutzzusätze beigeben·.

Nachdem die Titanverbindungen erfindungsgemäss auf den kaltgewalzten Stahl aufgetragen worden sind, wird der Stahl ge-

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trocknet und satzv/eise geglv'ht. Wenn der Stahl in Bandform vorliegt, wird er vor dem Satzglühen wieder zur Spule aufgewickelt. Die Titanverbindungen verhindern die Ausbildung von Haftfehlern beim Glühen, die dadurch zustande kommen, dass benachbarte Spulenwicklungen aneinander anhaften. Nach dem Satzglühen werden die Spulen.durch Walzen gehärtet. Nach dem ■ Härtungswalzen kann das Metall verzinnt oder anderweitig verwendet werden.

Beispiel 1

Die durch die Erfindung erhielten Vorteile werden durch Simulieren eines grosstechnischen Verfahrens im Laboratorium bestätigt. Bei jedem Versuch werden sechs Bleche von 15,2 .cm Länge, 7»6 cm Breite und 0,23 mm Dicke aus kaltgewalztem Stahlband, von denen bekannt ist, dass sich bei ihnen beim Glühen typische Haftfehler ausbilden, mit der herkömmlichen alkalischen Reinigungslösung gereinigt. Die Hälfte der Bleche (die Kontrollbleche) wird nur mit V/asser gespült und getrocknet. Die andere Hälfte wird in wässrige Medien getaucht, die einen der oben genannten Zusätze gemäss der Erfindung enthalten, und getrocknet. Die Bleche werden aufgestapelt, in eine Glühkammer eingesetzt und durch Aufsetzen*einer 12,7 mm-Stahlplatte auf den Stapel zusammengedrückt, um eine dicht gewikkelte Spule aus Stahlband nachzuahmen, wie sie in der grosstechnischen Anlage verwendet wird. Die den Blechstapel enthaltende Glühkammer wird in einen Glühofen eingesetzt und dem Satzglühverfahren (10 Stunden bei 593 bis 738° 0, wobei 3 Stunden erforderlich sind, um diese Temperaturen zu erreichen, und die Bleche dann 12 Stunden erkalten gelassen werden) unter einer Schutzgasatmosphäre aus 5 f° Wasserstoff und 95 fo Stickstoff unterworfen. Der Grad des Zusammenhaftens' nach dem Glühen wird bestimmt, indem die Schwierigkeit der Trennung der aufgestapelten Bleche voneinander geschätzt wird.

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B eispiel 2 .

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 werden die folgenden Stoffe in Wasser bei den in Tabelle I angegebenen Konzentrationen auf Stahl aufgetragen. Die Ergebnisse finden sich ebenfalls in Tabelle I. Das in Form einer Aufschlämmung aufgebrachte Natriumtrititanat erweist sich 'als die wirksamste von mehreren Verbindungen.

Tabelle I

• ' . - Grad des Zusammenhaftens Letzte Spülung * nach dem Glühen .

Nur Leitungswasser massig

1000 ppm Ammoniumsulfat ' massig

1000 ppm Natriumhydroxid geringfügig

100Ό ppm Calciumhydroxid geringfügig

1000 ppm Natriumborat ' · massig

1000 ppm Natriumoxalat massig

1000 ppm Natriumtrititanat . spurenweise

Beispiel 3-· ■ ■

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 werden verschiedene Stoffe auf ihre Fähigkeit, die Ausbildung von Haftfehlern zu verhindern, mit den in Tabelle II angegebenen Ergebnissen geprüft. Dabei erweist sich das in Form einer Aufschlämmung aufgetragene Titandioxid als die wirksamste Verbindung.

Tabelle II ·

Grad des Zusammenhaftens Letzte Spülung · nach dem Glühen

Nur Leitungswasser · massig

1000 ppm Kieselsäuresol (Ludox) geringfügig

1000 ppm Titandioxid " "kein Zusammenhaften

bis spurenweises Zusammenhaften

.1000 ppm Bariumhydroxid geringfügig

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Ta"bell3 ΪΙ (Fortsitzung)

letzte Spülung

1000 ppm Calciumhydroxid

500 ppm Thioharnstoff 1000 ppm Aromoniumphosphat Grad des Zusaminenhaftens nach dem Glühen

spurenweise

massig
geringfügig

B e i s ρ i e 1 4

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 werden wässrige Lösungen von Titanoxalat und Kalium ,titanoxalat auf ihre Fähigkeit, die Ausbildung von Haftfehlern zu verhindern, in Kombination mit Thioharnstoff als Zusatzmittel bei der Herstellung von Weissblech geprüft. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle III.

Tabelle

III

Letzte Spülung

380 ppm Thioharnstoff

200 ppm Thioharnstoff + 650 ppm Kaliumtitanoxalat

200 ppm Thioharnstoff + 400 ppm Calciumnitrat

1;500 ppm Titanoxalat

200 ppm Thioharnstoff + 700 ppm Titanoxalat

nur Wasser

1000 ppm Thioharnstoff

1000 ppm Thioharnstoff + 1000 ppm Kaliumtitanoxalat

1000 ppm Thioharnstoff + 1000 ppm Calciumhydroxid

nur Wasser

Grad des Zusammenhaftens nach dem Glühen

schwach bis massig spurenweise bis schwach

schwach bis massig

kein Zusammenhaften bis spurenweises Zusammenhaften

spurenweise bis schwach

massig
schwach bis massig

kein Zusammenhaften bis spurenweises Zusammenhaften

spurenweise bis schwach schwach bis massig

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Claims

Pennwalt Corporation 30. Juli 1971* IR-2058 Patentansprüche

1. Verfahren zum Satzglühen von kaltgewalztem Stahl, "bei dem der Stahl kaltgewalzt, mit einer wässrigen Reinigungsmittellösung gereinigt, zur Entfernung von Schmutz mit V/asser gespült und dann satzweise geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Verhinderung der Ausbildung von Haftfehlern "beim Satzglühen den kaltgewalzten Stahl unmittelbar vor dem Glühvorgang mit einem wässrigen Gemisch spült, das Kaliumtitanoxalat, Titanoxalat, Natriumtitanoxalat, Ammoniumtitanoxalat, Titandioxid und/oder Hatriumtrititanat enthält, einen Film des wässrigen Gemisches auf dem Stahl hinterlässt, das Wasser aus dem Film verdampfen lässt, so dass ein Überzug aus der Titanverbindung auf dem Stahl hinterbleibt, und den Stahl sodann satzweise glüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den in Form eines mit der Titanverbindung beschichteten Bandes vorliegenden Stahl vor dem Glühen wieder zu einer Spule aufwickelt.

3. Verfahren'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Lösung arbeitet, die eine Konzentration an einer oder mehreren der genannten Titanverbindungen von mindestens 200 ppm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer wässrigen Lösung von Kaliumtitanoxalat, Titanoxalat, Natriumtitanoxalät, Ammoniumtitanoxalat und/ oder Titannitrat arbeitet.

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